[实用新型]铌酸锂薄膜多功能集成光学器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤陀螺仪等光纤传感技术领域，特别是涉及一种铌酸锂薄膜多功能集成光学器件。

背景技术

光纤陀螺仪当前的技术发展方向之一是分立的集成光学器件的单片集成或混合集成，以实现光纤陀螺仪的小型化和高可靠性。目前所采用的集成技术方案主要有：采用双Y波导芯片对接、采用分光片的光收发模块以及采用环形器的光收发模块。

现有光学调制器的技术方案可参考以下专利文献：

1、新型双Y波导集成光学器件及其制作方法，申请号：201410136408.1

2、光纤传感用光收发组件，授权公告号：CN201508181 U

3、光纤陀螺集成模块和包含它的光纤陀螺系统，授权公告号：CN202994163 U。

然而上述技术方案存在着以下主要问题：

1)双Y波导芯片对接的方案，存在着集成芯片尺寸过长、器件整体尺寸过大的问题，不利于光纤陀螺系统的小型化，容易超出光纤陀螺系统对集成光学器件尺寸的限制；

2)采用分光片的光收发模块以及采用环形器的光收发模块的方案，使用的分光片或环形器为分立光学元件，虽然实现了集成光学器件的模块化、小型化以及无光纤熔接，但是这两种方案无疑有增加了一个分立光学元件，不利于光纤陀螺系统的高可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种铌酸锂薄膜多功能集成光学器件，以解决现有技术中存在的上述问题。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种铌酸锂薄膜多功能集成光学器件，由波导耦合器部分I和Y波导调制器部分II组成，包括：基底材料1、下层电极2、下缓冲层3、铌酸锂薄膜4、光学波导5、Y波导调制器电极6、上缓冲层11；波导耦合器吸收层电极7，所述波导耦合器部分I由两个输入波导、Y分支区域、直通耦合波导和两个输出端口组成，输出功率比为50:50；所述Y波导调制器部分II由输入波导、Y分支区域和输出波导组成；所述基底材料1采用Z切Y传切向、厚度在0.1mm至2mm的铌酸锂体晶材料，或采用Z切石英晶体材料，也可采用硅晶体材料；所述下层电极2采用厚度为0.1μm至30μm的金或铝金属薄膜；下缓冲层3和上缓冲层11，采用厚度为0.1μm至5μm的二氧化硅或氧化铝薄膜；所述铌酸锂薄膜4采用具有单晶结构的的铌酸锂薄膜材料，薄膜厚度为0.1μm至10μm，薄膜材料切向为Z切Y传；光学波导5采用退火质子交换波导，其扩散宽度为1μm至7μm，扩散深度为1μm至7μm；Y波导调制器电极6采用厚度为0.1um至30um的金或铝薄膜，制作于上缓冲层上表面，其位置在Y分支波导的Y分支区域上方；波导耦合器吸收层电极7采用厚度为0.1um至30um的金或铝等金属薄膜，制作在波导耦合器上表面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，采用具有上下型电极结构的铌酸锂薄膜Y波导调制器，通过提高调制器的电光调制效率以达到大幅缩小Y波导调制器长度。Y波导调制器的小型化为铌酸锂波导耦合器留出了较大的空间，因而可实现Y波导调制器与3dB波导耦合器的铌酸锂薄膜单片集成，并且缩小了芯片尺寸。本实用新型可实现3dB波导耦合器与Y波导调制器的单片集成，有利于该集成芯片的小型化，可实现光纤陀螺用集成光学器件集成度的提升、光纤陀螺仪体积的缩小以及光纤陀螺系统可靠性的提升。

附图说明

图1所示为本实用新型的铌酸锂薄膜多功能集成光学器件的结构示意图；

图2所示为本实用新型铌酸锂薄膜多功能集成光学器件中波导耦合器部分的横截面结构示意图；

图3所示为本实用新型波导耦合器中第二输出端口部分的横截面结构示意图；

图4所示为本实用新型铌酸锂薄膜多功能集成光学器件中Y波导调制器部分的横截面结构示意图；

图5所示为本实用新型铌酸锂薄膜多功能集成光学器件应用于实际光纤陀螺系统实例的结构示意图；

图中，I.波导耦合器部分；II.Y波导调制器部分；1.基底材料；2.下层电极；3.缓冲层；4.铌酸锂薄膜；5.光学波导；6.Y波导调制器电极；7.波导耦合器吸收层电极；8.光源；9.探测器；10.光纤环，11.上缓冲层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。